Научная статья на тему 'Задачи выбора компоновки роботизированного технологического комплекса'

Задачи выбора компоновки роботизированного технологического комплекса Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
625
103
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
РОБОТИЗИРОВАННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС / МАНИПУЛИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО / ЗАХВАТНОЕ УСТРОЙСТВО / СТАТИСТИЧЕСКОЕ ОБСЛЕДОВАНИЕ / ЦИКЛОГРАММА / ROBOTIC TECHNOLOGY COMPLEX / MANIPULATIVE DEVICE / THE GRIPPER / STATISTICAL SURVEY / SEQUENCE DIAGRAM

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Аббясов В. М., Бухтеева И. В., Бавыкин О. Б.

При создании роботизированного технологического комплекса сборки необходимо правильно выбрать тип робота-манипулятора и накопителя, разработать конструкции захватов, связать манипулятор с обслуживаемым технологическим оборудованием, создать систему блокировки и т.д. С целью определения требующихся характеристик манипулирующих и захватных устройств было проведено статистическое обследование сборочных узлов по конструктивно-технологическим признакам сборки и выбраны оптимальные характеристики робота. С целью синхронизации операций для определения норм времени использовано построение циклограмм, из которых видны длительность и последовательность выполнения сборочных переходов. Разработан алгоритм согласования работы отдельных механизмов для предотвращения их столкновения, обеспечивающий заданное относительное положение каждого механизма в определенный момент времени, определяющий норму времени каждого технологического перехода.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

The problem of choosing the layout of robotic technology complex

When creating robotic technology complex Assembly must choose the right type of robotic arm and the drive to develop and the design of grippers, link manipulator with the accepted technological equipment, to create a system of locks and so on, To determine the required characteristics of manipulative and gripping devices was conducted statistical survey assemblies for structural and technological characteristics of the Assembly and the selected optimum performance of the robot. In paper To synchronize operations to determine the standard time used in the construction of cyclograms, from which one can see the duration and sequence of Assembly transitions. An algorithm is developed to coordinate the work of individual mechanisms to prevent their collision, ensuring the specified relative position of each mechanism at a specific moment in time that defines the time rate of each technology transition

Текст научной работы на тему «Задачи выбора компоновки роботизированного технологического комплекса»

Задачи выбора компоновки роботизированного технологического

комплекса

В.М. Аббясов, И.В. Бухтеева, О.Б. Бавыкин Университет машиностроения, Москва

Аннотация: При создании роботизированного технологического комплекса сборки необходимо правильно выбрать тип робота-манипулятора и накопителя, разработать конструкции захватов, связать манипулятор с обслуживаемым технологическим оборудованием, создать систему блокировки и т.д. С целью определения требующихся характеристик манипулирующих и захватных устройств было проведено статистическое обследование сборочных узлов по конструктивно-технологическим признакам сборки и выбраны оптимальные характеристики робота. С целью синхронизации операций для определения норм времени использовано построение циклограмм, из которых видны длительность и последовательность выполнения сборочных переходов. Разработан алгоритм согласования работы отдельных механизмов для предотвращения их столкновения, обеспечивающий заданное относительное положение каждого механизма в определенный момент времени, определяющий норму времени каждого технологического перехода.

Ключевые слова: роботизированный технологический комплекс, манипулирующее устройство, захватное устройство, статистическое обследование, циклограмма.

Одним из направлений, способствующих повышению эффективности сборки и качества выпускаемой продукции, является внедрение многономенклатурных, быстро переналаживаемых автоматизированных модулей. Гибкая сборка включает в себя использование промышленных роботов.

При создании роботизированного технологического комплекса сборки валов необходимо правильно выбрать тип робота-манипулятора и накопителя, разработать конструкции захватов, связать манипулятор с обслуживаемым технологическим оборудованием, создать систему блокировки и т.д. Процессы сборки валов отличаются высокой стабильностью и сравнительно небольшим временем цикла.

Громадный потенциал в области гибкой автоматизации сборочных работ делает целесообразным использование автоматических манипуляторов с программным управлением на операциях сборки узлов, трудоемкость которых в общем объеме трудовых затрат составляет 25... 30%. В

авиационной промышленности нередко меняются модели выпускаемого изделия через непродолжительный срок после начала ее производства, иногда ограничиваются только незначительными модификациями. В этом случае целесообразно использование сборочных модулей, обеспечивающих быструю переналадку на сборку заданной номенклатуры изделий. Значительно легче автоматизировать не всю сборочную линию, а только отдельные сборочные модули.

Устройства микроэлектроники дают возможность управлять сборочным процессом на всех его стадиях. Роботы в робототехнологических комплексах линий сборки должны определять местонахождение и относительное положение деталей, захватывать и переносить их на требуемую позицию, корректируя по пути относительное положение.

Результаты исследований показывают, что в большинстве сборочных операций 60% деталей при сборке вводят с одного направления, 20% - с противоположного, 10% - под прямыми углами к этим направлениям и 10% -с других направлений. К типовым операциям при сборке относят: ввод и фиксацию (затяжку) крепежных изделий или заклепок, запрессовку в корпуса подшипников, пальцев и уплотнений, установку небольших корпусов, роторов и статоров, сборку шайб и контактов, нанесение защитных покрытий и смазочных материалов.

Среди типичных изделий, получаемых путем сборки, можно назвать узлы, заменяемые новыми каждые несколько лет, а также такие изделия, как зубчатые передачи, электродвигатели и генераторы переменного тока, изготовление множества модификаций которых может потребоваться на одной и той же сборочной линии. В результате обследования предприятий сборочного производства установлено, что промышленные роботы могут быть использованы при сборке всех этих узлов.

В числе основных сборочных операций, обычно осуществляемых роботами, - подъем собираемой детали в вертикальном направления, ее горизонтальное перемещение и затем опускание в том же направлении для ввода этой детали в другую. Такие операции следует выполнять быстро и плавно.

Таким образом, лучше всего подходит для сборки робот, способный непосредственно обеспечить перемещения в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Кроме того, у такого робота должна быть достаточно обширная рабочая зона, а сам он должен иметь предельно малые размеры.

Для автоматизации сборочного производства обычно используются автоматические манипуляторы с цикловой системой управления и фиксацией крайних положений рабочих органов по жестким упорам. Рука имеет четыре степени свободы: горизонтальное и вертикальное перемещение, поворот вокруг вертикальной оси и разворот кисти относительно горизонтальной оси. Пятой степенью свободы является движение схвата. При подходе к упорам рабочий орган плавно тормозится гидравлическими или пневматическими демпферами. Приводы перемещения руки, кисти и схвата - пневматические; по вертикали рука перемещается пневмогидравлическим мультипликатором.

При автоматическом режиме работы обеспечивается одно- и многократное воспроизведение цикла, причем в одном цикле может осуществляться до четырех вертикальных и горизонтальных перемещений руки и до трех остальных перемещений, а также подаваться команды на включение и отключение технологического оборудования, работающего в паре с манипулятором. Кроме того, от технологического оборудования могут подаваться команды, подтверждающие в заданные моменты времени готовность оборудования к взаимодействию с манипулятором. Если

подтверждающие команды отсутствуют, цикл прерывается и манипулятор останавливается.

Одной из тенденций развития современного роботостроения является создание специализированных конструкций промышленных роботов, не обладающих избыточностью функций и наиболее полно отвечающих требованиям, предъявляемым к выполнению конкретных технологических задач. Предпочтение при этом отдается агрегатно-модульному принципу построения, обеспечивающему минимизацию необходимого количества степеней подвижности робота для выполнения своего функционального назначения [1, 2]. Исполнительное устройство и устройство управления скомпонованы из модулей в соответствии с требуемыми кинематической, энергетической и управляющей схемами, а рабочий орган зафиксирован на унифицированной стыковочной поверхности манипулятора.

С целью определения требующихся характеристик манипулирующих и захватных устройств, наиболее полно отвечающих требованиям выполнения конкретных сборочных операций, на основе взаимосвязи между конструкцией собираемых изделий и классификационными признаками модульных автоматических манипуляторов, было проведено статистическое обследование сборочных узлов массой до 3,5 кг по конструктивно-технологическим признакам сборки [3, 4].

Статистическому обследованию групп узлов в проведенной работе подвергались те конструктивно-технологические признаки собираемых узлов, которые напрямую связаны с классификационными признаками модульных автоматических манипуляторов: масса; количество деталей или подузлов, входящих в узел; габаритные размеры; расположение деталей в узле (вдоль одной или нескольких осей, вдоль вертикальной, горизонтальной или наклонной осей) [5].

Анализ показал, что по характеру движений робота 96% операций сборки осуществляется при прямолинейном движении деталей и только 4% -при криволинейном. Более 12% узлов собирается установкой деталей вдоль одной оси (одноосевая сборка), 32% - вдоль двух осей, 55% узлов имеют оси сборки, направленные горизонтально и вертикально, 18% - только вертикально (рис. 1).

Результаты статистического обследования групп узлов автомобилей

1 7

г* со Ц А

10 г» ° р. V 1

и О) 1 л \ \ А

5 Ч-§ V/ V А А

с 7 5 10 15 20 25 30 35

Число направлений сборки

Рис. 1 - Распределение собираемых узлов по числу направлений сборки

Анализ результатов обследования многочисленных сборочных узлов в машиностроении по конструктивно-технологическим признакам показал, что по массе узлы распределяются следующим образом: до 1,6 кг -72%; от 1,6 до 3,2кг - 17%, от 3,2 до 6,3 кг - 7% (рис. 2).

Рис.2 - Распределение собираемых узлов по массе

Точность установки собираемых деталей характеризуется величинами зазоров, образующихся при сборке, наличием и размером фасок, закруглений на сопрягаемых поверхностях, а также точностью взаимного расположения поверхностей захвата и сопряжения. Исследованием определено, что в большинстве случаев погрешность установки деталей массой до 1,6 кг составляет ±0,05 мм, деталей свыше 1,6 кг - ±0,1 мм.

В результате анализа операций, связанных с силовым воздействием на собираемые детали, определено, что при установке манжет, колец, уплотнений усилие давления по вертикали необходимо в пределах 150...2000 Н.

Результаты анализа операций по количеству движений, соответствующих количеству степеней подвижности модульных автоматических манипуляторов, показали, что более чем в 80% операций сборки необходимы три движения, менее чем в 1% операций - четыре.

Компоновку сборочных систем определяет программа выпуска узлов [6, 7]. Наиболее приемлемым вариантом при гибкой сборке является дифференцированная сборка, при которой модульный автоматический манипулятор выполняет, как правило, одну технологическую операцию. Вследствие этого количество точек, обслуживаемых манипулятором, может быть от 2 до 8. Это обеспечивается при двухточечном позиционировании схвата по каждой из степеней подвижности, осуществляемой по жестким упорам, распложенным в крайних положениях.

Анализ собираемых узлов по конструктивно-технологическим признакам позволил определить общие требования к характеристикам агрегатно-модульного автоматического манипулятора.

Манипуляторы для сборки валов должны иметь четыре (первый тип) и пять (второй тип) степеней подвижности, номинальную грузоподъемность -1,6 и 3,6кг соответственно, погрешность позиционирования деталей массой до 1,6 кг - ±0,05 мм, деталей свыше 1,6 кг - ±0,1 мм. Горизонтальный и вертикальный ход для первого типа манипулятора - 240 мм и 80 мм, для второго типа - 400 и 160 мм, усилие давления по вертикали - 15Н (первый тип) и 30 Н (второй тип).

При выборе компоновки модуля сборки валов решающим стал технологический принцип: оборудование установлено в последовательности технологических переходов, при этом расстояния между оборудованием соответствуют перемещениям рабочих органов манипулятора. В промежуточных накопителях выполняются подготовительные операции по ориентированию деталей перед подачей их в схват манипулятора.

При создании автоматической сборочной позиции необходимо решить задачу обеспечения безопасности перемещения руки манипулятора в рабочую зону и разработать систему связей манипулятора с обслуживаемым оборудованием.

Программирование работы позиции заключается в задании последовательности движений рабочих органов манипулятора, включений и выключений обслуживаемого технологического оборудования, а также временных интервалов между началом каждого движения.

С целью синхронизации операций для определения норм времени использовано построение циклограмм, из которых видны длительность и последовательность выполнения сборочных переходов.

Циклограммирование является средством синхронизации всех совместно работающих сборочных и транспортных устройств, образующих сборочный модуль. При построении циклограммы определяются переходы, выполняемые на позиции последовательно, параллельно (одновременно) или такие, порядок выполнения которых безразличен. Построение циклограммы дало возможность с достаточной степенью детализации описать программы работы всех функциональных механизмов, проверить целесообразность подбора и объединения отдельных сборочных переходов.

На основе циклограммы задаются программы сборочным модулям, которые вводятся в системы автоматического управления - в программируемые контроллеры или в память микроЭВМ, для чего был разработан алгоритм согласования работы отдельных механизмов для предотвращения их столкновения, обеспечивающий заданное относительное положение каждого механизма в определенный момент времени, определяющий норму времени каждого технологического перехода.

Широкое применение робототехнологических сборочных комплексов — не только технико-экономическая [8-10], но и важная социальная проблема, так как при их внедрении высвобождается много рабочих рук, коренным образом изменяется характер труда на производстве.

Литература

1. Аббясов В.М., Бухтеева И.В., Елхов П.Е. Предварительный выбор и оптимизация надежности автоматического сборочного оборудования // «Сборка в машиностроении, приборостроении». 2009. №5. С.14-16.

2. Аббясов В.М., Бухтеева И.В., Елхов П.Е. Предварительный выбор и оптимизация надежности автоматического сборочного оборудования // Известия МГТУ «МАМИ». 2008. С. 36-42.

3. Panos Y. Papalambros, Douglass J. Wilde. Principles of Optimal Design: Modeling and Computation. Cambridge: Cambridge University Press, 2000, P. 412.

4. Douglass J. Wilde. Jungs Personality Theory Quantified. London: Springer, 2011. P. 133

5. Бухтеева И.В., Елхов П.Е. Групповая гибкая технология сборки задних мостов грузовых автомобилей // Известия МГТУ «МАМИ». 2012. № 14. С.7-18.

6. Аббясов В.М., Бухтеева И.В. Оптимизация компоновочных решений сборочного оборудования на этапе проектирования // Технология машиностроения. 2014. №5. С. 27-31.

7. Аббясов В.М., Бухтеева И.В., Елхов П.Е. Направленный выбор компоновки гибкой автоматизированной линии сборки валов КП // Известия МГТУ «МАМИ». 2013. № 1(15). Т. 2. С. 136-14.

8. Бухтеева И.В., Елхов П.Е. Стоимостной анализ надежности автоматизированного оборудования // Технология машиностроения. 2014. №5. С.10-16.

9. Шегельман И. Р. Специфика комплексного проекта по созданию высокотехнологичного производства в рамках интеграции университета и

машиностроительного предприятия // Инженерный вестник Дона , 2012, № 3. URL: www.ivdon.ru/magazine/latest/n3y2012/905/

10. Щербаков И.Н. Обоснование процесса получения композиционных антифрикционных самосмазывающихся материалов с заданными техническими характеристиками методом химического наноконструирования // Инженерный вестник Дона, 2010, №4. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n4y2010/287

References

1. Abbjasov V.M., Buhteeva I.V., Elhov P.E. Sborka v mashinostroenii, priborostroenii. 2009. №5. рр.14-16.

2. Abbjasov V.M., Buhteeva I.V., Elhov P.E. Izvestija MGTU «MAMI». 2008. pp. 36-42.

3. Panos Y. Papalambros, Douglass J. Wilde. Principles of Optimal Design: Modeling and Computation. Cambridge: Cambridge University Press, 2000, P. 412.

4. Douglass J. Wilde. Jungs Personality Theory Quantified. London: Springer, 2011. P. 133.

5. Buhteeva I.V., Elhov P.E. Izvestija MGTU «MAMI». 2012. № 14. pp. 718.

6. Abbjasov V.M., Buhteeva I.V. Tehnologija mashinostroenija. 2014. №5. pp. 27-31.

7. Abbjasov V.M., Buhteeva I.V., Elhov P.E. Izvestija MGTU «MAMI». 2013. № 1(15). T. 2. pp. 136-14.

8. Buhteeva I.V., Elhov P.E. Tehnologija mashinostroenija. 2014. №5. pp.10-16.

9. Shegel'man I. R. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2012, №3 URL: www.ivdon.ru/magazine/latest/n3y2012/905/

10. Shherbakov 1.К. Inzenernyj vestnik Dona (Я^Б), 2010, №4 иКЬ: www.ivdon.ru/magazine/archive/n4y2010/287

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.